Характеристика смешанных хемо-биогенных пород

Хемо-биогенные осадки (рыхлые) и осадочные горные породы накапливаются преимущественно в водоемах, в океанах и морях в результате химического осаждения минералов из пересыщенных определенными химическими веществами и ионами вод, а также в результате жизнедеятельности и отмирании организмов. Реже они возникают при излиянии концентрированных вод на сушу.

Эти породы отличаются своим мономинеральным составом, в каждой породе преобладает обычно один породообразующий минерал, в соответствии с которым называются и горные породы. Поэтому они имеют определенный химический состав и подразделяются именно по химическому составу на классы: галоидные, сульфатные, кремнистые, карбонатные, каустобиолиты (углеводородные породы) и другие.

Галоидные и сульфатные породы имеют преимущественно химическое происхождение, кристаллизуются в водной среде из соленых вод при относительно теплом климате – преобладании испарения над выпадением атмосферных осадков. Слагающие их минералы имеют быструю скорость роста кристаллов, поэтому данные породы характеризуются явнокристаллическими структурами и плотно-слоистыми текстурами (см. табл. 15).

К галоидным породам относятся каменная соль, сильвинит, карналлитовые породы и некоторые другие. Галит или каменная соль состоит из минерала того же названия, имеет белую, серую, желтоватую, красноватую окраску за счет тончайших зерен механических примесей. Красноватая окраска вызывается тончайшими лепестками железной слюдки; серая – примесями глины или углистого вещества; синяя, вероятно – металлическим натрием. Залегают в виде линз, пластоватых тел, переславаясь с другими галоидными и сульфатными породами, а также глинами и называются термином эвапориты.

Распространены в современных озерах в условиях сухого климата, а также среди древних залежей на Урале, в Поволжье, где в древние геологические периоды были аналогичные физико-географические условия. Без соли не мыслима жизнь современного человека, ее применяют в пищу и в химической промышленности.

Как грунты соли легко растворяются в воде, коэффициент крепости 2.

К сульфатным породам относятся гипс и ангидрит (см. табл. 15). Гипс – мономинеральная порода, состоящая из минерала гипса, поэтому легко чертится ногтем. В одном образце гипса могут встречаться кристаллы разных размеров от тонких до гигантских и различных форм: волокнистых, пластинчатых и других. Волокнистые разновидности гипса называются селенитом; снежно-белые плотные – алебастром.

Образуется путем осаждения из морской воды и за счет окисления серного колчедана. Кроме того, гипс образуется при действии на карбонатные породы сульфатных вод и сероводорода, причем сульфаты кальция растут за счет карбонатов, как бы разъедая и поглощая их. Таким путем возникли некоторые крупные месторождения гипса. Теряя воду, гипс переходит в ангидрит. Залегает в виде линз, пластообразных линз, пластов, залежей, гнезд, карманов. Месторождения гипса встречаются в Архангельской и Вологодской областях, на Урале, в Сибири

Гипс легко растворяется и полностью выщелачивается подземными водами. Так, 1 часть гипса растворяется при 18 ⁰С в 386 частях воды. В гипсовых породах образуются открытые и закрытые (подземные) карстовые формы рельефа. Гипсовый карст способен к очень быстрому развитию. В гипсовых толщах образуются огромные пещеры и провальные воронки. Коэффициент крепости 2. Прочность на сжатие менее 20 МПА.

Ангидрит – также мономинеральная порода, состоящая из минерала ан-гидрита, белого, серого, голубоватого, красноватого цвета, с ровным или плоскораковистым изломом и слабо занозистой или блестящей поверхностью. Он выпадает из раствора при более высокой температуре, чем гипс. Обычно ангидрит редко встречается на поверхности или вблизи от нее, залегая, как правило, на глубине более 100 м., так как при соприкосновении с поверхностными и подземными водами легко может переходить в гипс. Форма залегания аналогична гипсу. Ангидрит довольно часто заключает в себе пропластки гипса, глин, глинистых сланцев, песчаников, известняков. Встречается на Урале и в Поволжье.

Как грунт ангидрит также растворяется и полностью выщелачивается подземными водами. Прочность на сжатие 60…80 МПа.

Гипс и ангидрит используются в строительном деле, в медицине, при изготовлении скульптур, для удобрения, для приготовления сернокислого аммония и серной кислоты, для различных поделок и т. д.

Кремнистые осадочные породы или силициты имеют в основном смешанное химическое и биологическое происхождение и накапливаются в более холодных водоемах: опока, диатомит, трепел; или на больших глубинах (более 4,5 км) в океанах: кремнистые породы и яшмы. Источником кремния для прибрежных отложений являются коллоиды кремния, возникающие при гидролизе силикатов и приносимые с суши, для глубоководных отложений – вулканические подводные извержения.

Диатомит состоит из скелетов микроскопически малых одноклеточных диатомовых водорослей, радиолярий и губок с примесью тонкого глинистого материала. Трепел – подобная диатомиту по физико-химическим свойствам порода, не содержащая почти остатков организмов и состоящая из тонких зернышек (размерами 0,0025…0,005 мм.) кварца и аморфного Si0₂ – опала (см. табл. 15). Строение пород, состоящих из микроскопических окаменелых организмов, невидимых на глаз, называют биосоматической структурой.

Диатомит и трепел имеют белый, светло-серый и желтовато-серый цвет, чем похожи на мел. Они отличаются от мела тем, что вследствие своей тонкой пористости более легки, хорошо растираются между пальцами и совершенно не вскипают от действия соляной кислоты. Жадно поглощают воду и прилипают к языку.

Наиболее крупные месторождения диатомита располагаются в пределах Саратовской и Самарской, Смоленской и Курской областей. Применяются при изготовлении динамита, где они играют роль наполнителя. Как пористый материал они обладают высокими адсорбирующими, фильтрующими и отбеливающими свойствами, употребляются для очистки кислот, используются при изготовлении лучших сортов цемента, как полировальный порошок при полировке металлических изделий и как термоизоляционный материал. Из них изготовляется легкий и крепкий кирпич.

Как грунты обладают большой водопоглотительной способностью, увеличивающейся с уменьшением объемного веса, размокают и дают просадки.

Опока – сцементированный кремнистым веществом трепел. Количество кремнезема иногда уменьшается за счет глинистого вещества. Органические остатки редки. Легкая, твердая, сильно пористая (прилипает к языку), то светло-серая, то зеленовато-черная порода с занозистым или раковистым сколом, распадающаяся при выветривании на остроугольные куски (щебень, плитки). От мергеля отличается отсутствием карбонатов, поэтому не вскипает от соляной кислоты. Залегает в виде пластов, подстилая трепел или образуя прослои в пластах трепела. Опока обладает небольшим объемным весом и большой пористостью, а чистые сорта её – большими адсорбционными свойствами, поэтому применяется как адсорбент и в цементной промышленности. Встречается на юге Европейской части России, в Поволжье и, в особенности , на восточном склоне Урала.

Как грунты опоки часто залегают среди глин, при наличии глинистого вещества они приобретают способность к размоканию в воде; пористость их уменьшается.

Карбонатные горные породы состоят из минералов класса карбонатов: кальцита (реагируют с 5%-ой соляной кислотой) и иногда доломита (с 5%-ой соляной кислотой реагируют в порошке), имеют в основном смешанное химическое и биологическое происхождение и накапливаются в относительно теплых водоемах и до глубин преимущественно 100…150 м. , реже – 1…4 км. В этих породах наряду с карбонатами присутствуют другие минералы: глинистые минералы и железистые оксиды, кварц и опал, углистой вещество, за счет которых цвет пород может изменяться от белого, светло-серого до почти черного с красно-бурыми прослоями, вкраплениями и т.п. Карбонатные породы в отличии от других хемоорганогенных пород преобладают в земной коре и на Урале.

Известняки состоят преимущественно из кальцита и отличаются друг от друга своим строением и окраской. Структура известняков от крупно- до мелкозернистой с преобладанием последней, часто неравномернозернистая. Текстуры плотно-слоистые с различными особенностями. Если в породе хорошо видны окаменелые остатки фауны, то текстура называется органогенная, при этом молодые мезо-кайнозойские известняки обычно пористые и с пустотами – ракушечники; древние обычно палеозойские как на Урале – плотные, массивные. Иногда за счет растворения известняки приобретают кавернозную текстуру. В зависимости от вида остатков фауны выделяются коралловые, нуммулитовые, фузулиновые и др. известняки, от состава примесей – битуминозные, доломитизированные, окремненные и другие известняки. Залегают в виде пластов различной мощности – от тонких прослоек до пластов мощностью в несколько сотен метров.

Известняки широко используются в строительном деле в качестве строительного камня, для получения (путем обжига) негашеной извести, а красиво окрашенные разновидности как облицовочный материал. В металлургической промышленности известняки используются как флюсовый материал, в химической – для получения углекислоты, в цементной – для изготовления цемента, в сахарной – для очистки сахара. Известняки идут также на известкование кислых почв, битуминозные известняки служат для получения асфальта.

В известняках в результате постепенного выщелачивания подземными и поверхностными водами возникают широко развитые карстовые формы. Известняки, подвергшиеся перекристаллизации, обладают большей плотностью, чем ракушечник, они менее водопроницаемы, с большим трудом поддаются воздействию растворителей и образованиям в них карста, если только они не пересекаются трещинами, облегчающими продвижение воды. Трещиноватые известняки являются иногда источником мощных подземных вод для водоснабжения городов. Коэффициент крепости колеблется от 2 до 15; прочность на сжатие– 20…200 МПа.

Мел состоит из мельчайших раковин фораминифер, скелет которых и цемент между ними – кальцита. Иногда в нем наблюдается некоторое количество обломков раковин моллюсков и глинистых, реже песчанистых частиц. Имеет землистый вид – биосоматическую структуру, и белую, реже светло-желтую окраску, пачкает руки. Мел представляет собой типичное морское отложение. Образование его происходит на значительных расстояниях от берега и на сравнительно больших глубинах при теплом климате. Залегает в виде неслоистых мощных пластов. Распространен в Курской и Воронежской областях, в Среднем Поволжье. Используется для производства цемента, в резиновой и бумажной промышленности, а также для побелки стен.

Мел растворим, намокает и размокает. Там, где он трещиноват, содержит в трещинах обильные воды. Коэффициет крепости 2. Прочность на сжатие 40…20 МПа и менее.

Мергель состоят из кальцита и глинистых минералов в количестве от 30 до 50%. Мергели могут быть очень разнообразны по составу: известковые мергели содержат больше кальцита, глинистые мергели – глины. По внешнему виду похож на глину, но легко вскипает от соляной кислоты, и на месте капли остается пятно грязи от присутствия в породе глинистых частиц. Окраска мергелей разнообразна, с преобладанием различных серых до розово- красных. Встречаются всюду в областях распространения слоистых горных пород, наряду с известняками, доломитами и песчаниками, чередуясь с ними в виде тонких прослоев. Распространены во многих складчатых областях: на Кавказе и Урале. Ценится как сырье для портландцемента, заменяя искусственную смесь известняков и глин, которая для этого употребляется.

Сильно глинистые мергели разбухают от воды, как глины. В природе и в искусственных выемках мергели подвержены сильному выветриванию: растрескиваются, разрыхляются и распадаются в щебень – этот процесс называют десквамация. Физико-механические свойства мергеля находятся в тесной за-висимости от количества глинистых минералов и примеси. При содержании глины более 50% мергель уже напоминает глинистую породу. Прочность на сжатие 60…20 Мпа и менее.

Доломит состоит преимущественно из минерала доломита, который реагирует с соляной кислотой будучи растертым в порошок. Его цвет зависит от механических примесей и меняется от серого, белого до красноватого. Структура тонкозернистая, песчаниковидная; при выветривании доломит покрывается мучнистой оболочкой. Существует две основные гипотезы образования доломитов: 1 – непосредственное отложение в виде химического осадка из растворов в водоемах; 2 – позднейшее замещение кальцита доломитом за счет углекислого магния, приносимого извне или же входящего в состав самого известняка – это метасоматически-метаморфическое происхождение. Залегает в виде пластообразных залежей и неправильных скоплений гнездового типа.

Доломиты широко распространены в Московской области, на Урале, в Поволжье, на Северном Кавказе. Существуют все переходы от чистого доломита к доломитизированным известнякам до известняков. Применяется в металлургии, как химическое сырье, как огнеупоры и для строительных целей.

Доломиты несколько прочнее известняков и лучше сопротивляются выветриванию вследствие меньшей растворимости. Пористость и трещиноватость может быть разной в зависимости от степени выветренности. Прочность на сжатие 100…140 МПА.

Торф состоит из разложившихся и обуглившихся растительных остатков (мха, трав, камышей, корней и древесных стволов). Представляет собой легкую, пористую породу, состоящую из остатков растений с ещё достаточно различимыми формами стеблей, корней, листьев; с увеличением глубины они становятся буро-чёрным с однородным видом.

Для образования торфа необходимо, чтобы распад растительного вещества происходил первоначально при доступе кислорода, в присутствии влаги, а затем при отсутствии кислорода, под стоячей водой. Торф образовался и образуется в настоящее время преимущественно из наземных и болотных растений, в болотах в условиях умеренного или холодного климата. Из торфа на больших глубинах – более 1 – 3 км возникают бурый и затем каменный уголь. Залегает в виде слоев и линз. Наиболее богаты торфом северные районы России, Ленинградская и Московская области, Урал, Сибирь и Дальний Восток. Торф применяется, главным образом, в качестве горючего. Чистый, беззольный и сухой торф имеет следующий химический состав: С = 60%, Н = 6%, О+N = 34%. Теплотворная способность малозольного торфа 4180…6690 больших калорий; при большом содержании золы – 4080…2000 калорий.

Вследствие большой пористости и влагоемкости торф как основание под сооружения непригоден. Когда в основании даже легких построек имеется торф, его необходимо удалить или принять специальные меры по укреплению основания. Коэффициент крепости 0,6. В осушенных районах торф способен возгораться в жаркую погоду, как это было неоднократно в Подмосковье, на Урале и других районах.

Таким образом, химические и биологические осадочные породы в отличие от магматических пород являются светлыми, мономинеральными, состоят из минералов средней твердости и мягких (за исключением кварцевых или кремнистых пород), обладают мелко-скрытозернистой структурой за исключением химических солей, а также различными органогенными, биосоматическими текстурами и структурами.